[发明专利]雨滴三维尺度检测装置及利用该装置计算雨滴体积的方法

摘要

本发明涉及一种雨滴三维尺度检测装置及利用该装置计算雨滴体积的方法，属于气象观测技术领域。该雨滴三维尺度检测装置，包括激光器Ⅰ、光束整形系统Ⅰ、下层检测区、线阵光电探测器Ⅰ、激光器Ⅱ、光束整形系统Ⅱ、线阵光电探测器Ⅱ、激光器Ⅲ、光束整形系统Ⅲ、上层检测区和线阵光电探测器Ⅲ；利用该装置计算雨滴体积的方法为通过将雨滴建模为椭球形或馒头形，然后根据采集到的数据求出该雨滴的近似体积。该装置采用三维方向上高速线阵扫描的方法提高雨滴尺度采样精度和分辨率，增加毛毛雨等微小降水粒子的识别率，同时，改进现有的光学雨量计在对降水粒子形态的测量，如降水粒子的形状、下落角度等，建立更精确的数学模型，误差较小。

主权项

一种雨滴三维尺度检测装置，其特征在于：包括激光器Ⅰ（1）、光束整形系统Ⅰ（2）、下层检测区（3）、线阵光电探测器Ⅰ（4）、激光器Ⅱ（5）、光束整形系统Ⅱ（6）、线阵光电探测器Ⅱ（7）、激光器Ⅲ（8）、激光光束整形系统Ⅲ（9）、上层检测区（10）和线阵光电探测器Ⅲ（11），所述激光器Ⅰ（1）发出的发散光经光束整形系统Ⅰ（2）后变换为与xy平面平行并沿x方向传播、在y方向有宽度、在垂直方向的厚度小于1mm的平行片光光束，并照射在线阵光电探测器Ⅰ（4）上，激光器Ⅱ（5）发出的发散光经光束整形系统Ⅱ（6）后变换为与xy平面平行、并沿y方向传播、在x方向具有宽度、在垂直方向的厚度小于1mm的平行片光光束，并照射在线阵光电探测器Ⅱ（7）上，沿x方向传播的平行片光光束与沿y方向传播的平行片光光束垂直交叉重合部分构成下层检测区（3），当有雨滴至上落下穿过下层检测区（3）时，会对x、y两个方向的平行片光光束产生遮挡形成阴影，使得入射到探测器的平行片光光束的强度发生改变，线阵光电探测器Ⅰ（4）、Ⅱ（7）可以根据阴影部分平行片光光束强度的变化，得到该方向上下落雨滴的尺度基本形态信息，下层二维光路用于雨滴水平两个方向的尺度大小检测，激光器Ⅲ（8）位于激光器Ⅰ（1）正上端，激光器Ⅲ（8）发出的发散光经光束整形系统Ⅲ（9）后变换为与xy平面平行、并沿x方向传播、在y方向有宽度、在垂直方向的厚度小于1mm的平行片光光束，并照射在线阵光电探测器Ⅲ（11）上，该平行片光光束构成上层检测区（10），上层光路与下层x方向光路用于测量雨滴落速和雨滴铅直方向的尺度大小。